一种月球轨道合成孔径雷达成像轨道误差补偿方法

本发明属于合成孔径雷达成像，具体涉及一种月球轨道合成孔径雷达成像轨道误差补偿方法。

背景技术：

1、获取月球表层物质结构、状态及其分布情况，有助于更好地了解月球的形成、组成和演变，同时也对地月系统的科学认识、以及月球资源的开发和利用都具有十分重要的科学意义。为了实现对月球的宏观测量，需要获取月球的全貌图。从20世纪50年代末开始，国际上已开展大量月球探测工程任务用于获取月球地形地貌图，已经积累了大量多源、多分辨率、多重覆盖的月球遥感影像，其中以光学遥感等技术手段为主。

2、永久阴影区是指长期没有太阳直射的区域。由于月球轨道平面与黄道面的夹角非常小，导致月球极区的一些低地势区域长期不能接收到太阳光的直接照射，形成永久阴影区。永久阴影区只能接受来自月球内部和外部空间非常微弱的热量，长期保持非常低的温度。当前光学传感器受制于有限的光照条件约束，无法获取永久阴影区的高分辨率图像数据，只能获取裸露的月球表层图像信息，针对被月尘覆盖的区域不具备探测能力。

3、合成孔径雷达具有主动式、全天时、多极化、穿透成像的能力，可有效弥补光学遥感手段对月探测的不足，可实现对永久阴影区以及全月成像。但是，月球轨道sar在成像处理方面也面临一些新的问题。受月球质量瘤的影响，月球轨道上运行的卫星通常难以保持稳定的轨道，存在很大的不确定性。与环绕地球运行的卫星相比，环月卫星无法接收地球导航卫星信号，无法获得较高的定轨精度。同时，与地球表面存在大量强散射的人工目标不同，月球上没有太多的强散射点，因此基于强特征点的运动误差估计与补偿方法鲁棒性难以保证。

4、环绕地球和月球的sar卫星，在工作条件方面存在以下三点显著不同：（1）月球质量分布不均衡特点明显，因此对卫星的引力作用不稳定，轨道保持及跟踪难度大；（2）环月轨道无法接收来自gps卫星信号，无法实现高精度的轨道测量；（3）月球表面没有强散射的人工目标，基于强散射点目标的运动轨迹反演方法鲁棒性难以保证。因此，环绕月球运行的sar卫星面临轨道漂移大、定轨能力差、无强散射参考点等问题，大大制约了已有星载sar成像算法的性能。

5、精确的卫星轨道信息是sar成像的基础，针对环绕地球运行的sar卫星，可以接收来自gps、北斗等导航卫星的信号，得以获得精确的轨道信息。除此之外，针对陆地目标进行成像时，强散射的人工目标可以辅助反演卫星的运动轨迹，可以为sar成像提供参照信息。

技术实现思路

1、针对地球轨道sar开发的成像处理方法无法完全适用于月球轨道sar的问题，本发明提出一种月球轨道合成孔径雷达成像轨道误差补偿方法，精确实现测定轨条件下月球轨道sar成像。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种月球轨道合成孔径雷达成像轨道误差补偿方法，包括如下步骤：

4、步骤1：基于雷达发射波形参数构造匹配滤波器，进行回波距离向的匹配滤波；

5、步骤2：采用幅度法进行多普勒中心估计与补偿；

6、步骤3：采用渐进迭代方法估计整体最优卫星平均速度；

7、步骤4、将时域信号变换至二维频域，进行基于成像几何的距离徙动校正，校正由于星地相对运动导致的距离徙动；

8、步骤5、进行基于加权累积互相关的脉冲配准，校正由于无法获取精密测定轨数据而测不准的卫星非理想运动误差；

9、步骤6、基于累积互相关获得的残余距离徙动包络曲线，进行残余相位误差的精细估计与补偿；

10、步骤7、进行方位聚焦处理，完成图像二维聚焦处理，得到月球雷达图像。

11、有益效果：

12、针对sar成像，平台运行速度是重要的参数，地球sar往往基于精密测量或者基于强散射点进行速度估计。针对月球sar，本发明提出两段式速度估计方法，首先采用部分数据进行渐进式速度搜索，保证效率的同时，获得整体最优成像速度参数。其次，针对速度空变特点，提出分块速度估计联合累积相位误差补偿方法，校正由于速度空变导致的相位误差，实现精确的聚焦成像。

技术特征：

1.一种月球轨道合成孔径雷达成像轨道误差补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种月球轨道合成孔径雷达成像轨道误差补偿方法，其特征在于，所述步骤1包括：

3.根据权利要求2所述的一种月球轨道合成孔径雷达成像轨道误差补偿方法，其特征在于，所述步骤2包括：

4.根据权利要求3所述的一种月球轨道合成孔径雷达成像轨道误差补偿方法，其特征在于，所述步骤3包括：

5.根据权利要求4所述的一种月球轨道合成孔径雷达成像轨道误差补偿方法，其特征在于，所述步骤4包括：

6.根据权利要求5所述的一种月球轨道合成孔径雷达成像轨道误差补偿方法，其特征在于，所述步骤5包括：

7.根据权利要求6所述的一种月球轨道合成孔径雷达成像轨道误差补偿方法，其特征在于，所述步骤6包括：

8.根据权利要求7所述的一种月球轨道合成孔径雷达成像轨道误差补偿方法，其特征在于，所述步骤7包括：

技术总结
本发明提供一种月球轨道合成孔径雷达成像轨道误差补偿方法，属于合成孔径雷达成像技术领域，本发明提出两段式速度估计方法，首先采用部分数据进行渐进式速度搜索，保证效率的同时，获得整体最优成像速度参数。其次，针对速度空变特点，提出分块速度估计联合累积相位误差补偿方法，校正由于速度空变导致的相位误差，实现精确的聚焦成像。本发明能够实现无精密测定轨数据条件下月球轨道SAR成像。

技术研发人员：范怀涛,张磊,张衡,王伟,王沛,邓云凯
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16